Activités télédétection " couleur de l'eau " au CNRS GUYANE - Noelia Abascal Zorrilla Vincent Vantrepotte

Activités télédétection « couleur
         de l’eau » au CNRS GUYANE

Noelia Abascal Zorrilla
Vincent Vantrepotte

Activités couleur de l’eau en Guyane

 Intérêt méthodologique:
 Développement algorithmique (Atmosphérique/Marin)
 Capteurs historiques et récents

Challenges locaux: Dynamique des bancs de vase
Interaction continent océan (qualité des masses d’eau),
sargasses, ressources halieutiques

Questions scientifiques: Devenir des apports amazoniens,
structure et fonctionnement des écosystèmes côtiers, cycle
du carbone, réponse face aux changements
environnementaux

un   grand effort
 La complexité      de développement
               bio-optique des eaux cotièresalgorithmique
                                            implique un grandpour
 effort
la      de développement
    couleur   de l’eau a algorithmique
                           été entrepris

                                  1) Corrections Atmosphériques
                                    TOA signal -> marine reflectance (Rrs)
                                  2) Algorithmes bio-optiques
                                    Rrs -> biogéochimie

   Développement/Validation: Besoin de données in situ

Historique des activités couleur de l’eau en Guyane
Activités initiées en 2006 LOG (UMR 8187) H. Loisel, A. Gardel
Venues ponctuelles
Intensification des activités depuis 2014 (affectation CNRS)
Acquisition d’un set d’équipements optiques
Suivi mensuel des eaux côtières Guyanaises (2014-2016)
+ Campagnes ponctuelles (validation développement algorithmique)

Projets de recherche:

TOSCA: Coulcot 1 & 2 (2009-2013, H.Loisel) , MODOC (2012-2015, V. Vantrepotte),
S3VT (2014-2017, C. Jamet), HARDECOT (2015-2018, V. Vantrepotte),
COYOTE (H. Loisel, 2015-2018)
ESA: S3VT (2014-2017, C. Jamet)
ANR: Globcoast (2012-2015, H. Loisel)
CNRS: Peps (Bancs de vases 2014, MANCOCO, 2015), PIG(DYCOCO)
Office de l’eau: EPHEMAR (2016-2018)
FEDER: OYAMAR (2017-2020)

Collaborations:
Nationales: LOG, MIO, GET, LEGOS, HYGEOS
Internationales: INPE, IEPA

Développement/Validation couleur de l’eau: Mesures optiques/biogéochimie
Radiométriques
          - Eclairement, réflectance (paramètre couleur de l’eau)

Bio-optiques
       - Propriétés de diffusion: concentration, taille et nature du matériel
       particulaire.
       - Propriétés d’absorption: répartition entre matériel dissous et
       particulaire, nature de la matière dissoute
Biogéochimiques
        - Chlorophylle , MES
        - Carbone Organique Particulaire et Dissous

Observation terrain à différentes échelles
                            Suivi mensuel (depuis Juill. 2014-juill. 2016)

     2006
                    2012

                   2010
    2009

            2014
                                    Observation à fine échelle spatiale

                   2012
                                                         S3VT, C. Jamet
                    2016                                 TOSCA HAREDECOT

                                                         Juin 2016

Valorisation des activités couleur de l’eau en Guyane

Variabilité optique des eaux côtières:   Dynamique des bancs de
Loisel et al., 2009 JCR                  vases/Dynamique sédimentaire :
Vantrepotte et al., 2012, RSE            Vantrepotte et al., 2011 JCR, 2013
Mélin & Vantrepotte, 2015, RSE           JSAES
Neukermans et al., 2012 L&O              Gensac et al., 2016, CSR
                                         Abascal Zorrilla et al., in prep.
Développement algorithmique:
Loisel et al., 2014 OE                   Corrections atmosphériques
Vantrepotte et al., 2015 PE              Goyens et al., 2012, 2013 OE
Han et al., 2016 Remote sensing

         Groupements scientifiques          Bases de données internationales

Les eaux côtières Guyanaises, un site atelier pour le développement de
l’observation spatiale couleur de l’eau

                 - Eaux optiquement complexes (turbides +forte concentration en
                                         matériel dissous)
                         - Forte dynamique (apports locaux & Amazoniens)

    Validation algorithmes couleur de l’eau en eaux côtières (e.g. Chla, MES)
  Développement nouveaux produits (POC, DOC)
 Nouveaux capteurs (Landsat 8, Sentinel 2-3)

         Intérêt local pour des produits adaptés à la zone d’étude

Corrections atmosphériques

           POLYMER Hygeos                 Standard NASA

       Comm. Pers, F. Steinmetz, HYGEOS

Corrections réflection spéculaire

                                                                 Après correction
   Avant correction

                      Abascal Zorrilla, et al., en préparation

Algorithmes bio-optiques eaux côtières généralisables

                                                Matières en suspension

                       Han et al., 2106
                       Remote Sensing

          Guyane end-members
                                               Matière dissoute colorée
                        Loisel et al., 2014,
                        Optics Express

Algorithmes bio-optiques produits novateurs

    Carbone organique dissous

   Vantrepotte et al.,
   2015, Optics Express

Validation
Quel produit couleur de l’eau pour des applications locales ?

                                                                  Après correction
                                               Avant correction
 Reflectance satellite

                         Reflectance terrain

Algorithmes bio-optiques locaux
   MES

                   Reflectance rouge

         Abascal Zorrilla, et al., en préparation

                TRAVAUX SIMILAIRES EN COURS POUR CDOM et CHLA

Sélection des produits couleur de l’eau pour des applications locales ?

                                             Loisel et al., 2017,
                                             RSE

Dynamique biogéochimique des eaux côtières Guyanaises

Décomposition des séries temporelles
Census X-11 (Vantrepotte and Mélin, 2011; Vantrepotte et al., 2011)

                                                  X(t) = S(t) + T(t) + I(t)
                                                    X(t) original series
                                                    T(t) Trend-cycle term
                                                    S(t) Seasonal term
                                                    I(t) Irregular term

         Contribution of each component to the total variance of the series (%)
         • S(t) Stability of the seasonal cycle (pseudo-periodical)
  X-11   • T(t) Nature of the observed trends (and identification of exceptional
                non-linear trend patterns)
         •I(t) Irregular variations -Sub-annual variations

  Trend detection: seasonal Kendal test and
  Ken’s slope estimator (%/year)

Dynamique sédimentaires des eaux côtières Guyanaises

       % Variance                      % Variance
       Saisonnier                      Irrégulier

                                        Tendances
     % Variance                         linéaires
    interannuelle                       (%/an)

Dynamique
Utiliser          desspatiale
         l'observation bancs"couleur
                              de vase,     morphologie
                                     de l'eau"           et migration

Vantrepotte et al., 2011, 2013

Dynamique des bancs de vase, morphologie et migration

   Lien entre la position du bancs de vase et la distribution
   spatial de MES

Dynamique des bancs de vase, morphologie et migration

Modèle hydro-sedimentaire: base des données

• Normalised Difference Water          • Conditions initiales de MES
Index (NDWI) : Landsat 8 Images

Dynamique des bancs de vase, morphologie et migration
   Sorties du modèle avec et sans les données
   satellites:

                                                           S1

                                                S3    S2

                                                DDC

Typologie des masses d’eau par classification optique

                         Vantrepotte et al., 2012, Mélin et Vantrepotte, 2016

Typologie des masses d’eau par classification optique

Vers une nouvelle échelle d’observation ?

Quels sites ?

                                                     Réflectance marine RGB

                                              Ratio absorption Particulaire/Dissous

  Accessibilité
  Turbidité « raisonnable »

   Validation algorithmes couleur de l’eau        Forte dynamique saisonnière
   Suivi de la qualité des masses d’eaux
  Pérennisation des activités

Activités télédétection « couleur
           de l’eau » au CNRS GUYANE

Noelia Abascal Zorrilla
Vincent Vantrepotte